生物化学物质代谢调节

生物化学物质代谢调节第1页/共31页学习目的与要求：通过本章的学习使学生掌握1.物质代谢的调节类型,特点2.激素调节的机制及特点3.反馈调节类型及机制4.真核基因的调控5.酶的诱导和阻遏的调节机制重点：1.激素调节的机制2.反馈的机制3.操纵子学说4.酶的诱导和阻遏的调节机制难点：酶的诱导和阻遏的调节机制第2页/共31页第一节物质代谢的调节类型特点一.神经系统的调节作用

在中区神经的控制下，通过神经递质对效应器发生直接影响；或者改变某些激素的分泌，再通过各种激素的相互协调，对整个代谢进行综合调节。特点：短而快具整体性直接调节代谢的作用多数通过激素发挥作用第3页/共31页二.激素水平的调节

通过改变生物体细胞代谢物的浓度,也可以改变某些酶的活性或含量从而影响代谢反应的速度。具组织特异性和效应特异性缓慢而持久局部性调节部分代谢由神经系统控制分泌特点：三.细胞水平的调节

通过代谢物的浓度的改变,来调节某些酶促反应的速度。又称酶水平的调节特点：酶的活性酶的数量第4页/共31页细胞水平的调节类型：前馈调节:输入对输出的影响阻遏:产物对酶合成的抑制酶的活性调节反馈调节:诱导:底物对酶合成的诱导酶的数量调节输出对输入的影响第5页/共31页第二节激素调节的机制激素:由内分泌腺细胞分泌的化学物质。有两类:氨基酸及多肽激素，类固醇激素一.多肽激素的作用机制1.第一阶段:2.第二阶段:3.第三阶段:激素与受体结合激活腺苷酸环化酶ATP环化成cAMPcAMP激活蛋白激酶蛋白激酶激活磷酸化酶激酶磷酸化酶激酶激活磷酸化酶糖原磷酸解生成1-P-G(一).酶的激活机制(放大效应)第6页/共31页ATPcAMP

蛋白激酶蛋白激酶（无活性）（有活性）磷酸化酶激酶磷酸化酶激酶（无活性）ATPADP（有活性）磷酸化酶b磷酸化酶a（无活性)ATPADP（有活性）糖原1-P-GPi肾上腺素膜上受体腺苷酸环化酶第一阶段:第二阶段:第三阶段:细胞膜第7页/共31页(二).基因表达机制ATPcAMP组蛋白激酶组蛋白激酶无活性有活性OHO-PmRNA组蛋白激素受体腺苷酸环化酶第8页/共31页二.类固醇激素的作用机制第一阶段:

激素进入细胞，激素与受体结合形成激素--受体复合物2.第二阶段:复合物进入细胞核与特定部位结合

3.第三阶段:基因表达合成酶酶mRNAhnRNA激素受体激素--受体复合物第9页/共31页第三节反馈调节的机制一.反馈抑制的类型(一).协调反馈抑制

DABCEE1如:

ThrAspLysMetAKAK:天冬氨酸激酶第10页/共31页(二).同工酶调节(三).累积反馈抑制

高丝氨酸ThrAsp高丝氨酸MetLysAKIAKIIAKIII

CABDEa%c%b%总抑制%=a%+b%+c%第11页/共31页(四).合作反馈抑制(五).顺序反馈抑制总抑制%>a%+b%+c%

DEABCFG

CABDEa%b%c%第12页/共31页二.反馈调节的机制具有反馈调节的酶:变构酶变构酶的组成:变构中心(调节部位)活性中心3.变构剂:产物第13页/共31页第四节基因表达调节控制一.原核生物转录的调控---操纵子I－调节基因P－启动子O－操作子（操作基因）Z、Y、A－三种结构基因（一）操纵子概念第14页/共31页（二）阻遏蛋白及操纵基因的组成，特点如：乳糖操纵子阻遏蛋白:同四聚体,分子量148000；每个肽链347个氨基酸，分子量为37000。具有活性。有的无活性。阻遏蛋白调节基因的产物第15页/共31页（三）操纵子的种类：诱导型与阻遏型TGGAATTGTGAGCGGATAACAATTACCTTAACACTCGCCTATTGTTAA120如:乳糖操纵子的操纵基因:大小由21bp组成,具二元旋转对称性2.操纵基因通过开与关调节结构基因的表达第16页/共31页(一).调控水平二.真核基因的调控真核染色质体（DNA）1.转录前调节转录初级产物（Pro－RNA）hnRNA3.转录后加工的调节（RNAProcessingcontrol）mRNA多肽链5.翻译后加工及蛋白质活性控制（proteinactivitycontrol）活性蛋白2.转录调节（transcriptioncontrol）4.翻译调节（translationalcontrol）包括mRNA降解的调控包括运输调节第17页/共31页(二).顺式作用元件(cisactingelements)真核基因的顺式调控元件:是指基因周围能与特异转录因子结合而影响转录的DNA序列。启动子(promoter)---正性调控增强子(enhancer)---正性调控沉寂子(silencer)---负性调控第18页/共31页1.启动子（Promoter）启动子：是指RNA聚合酶结合并起动转录的DNA序列。真核启动子一般包括转录起始点及其上游约100－200bp序列，包含有若干具有独立功能的DNA序列元件，每个元件约长7－30bp。

启动子中的元件可以分为两种：①核心启动子元件(corepromoterelement)指RNA聚合酶起始转录所必需的最小的DNA序列，包括转录起始点及其上游－25/－30bp处的TATA盒。核心元件单独起作用时只能确定转录起始位点和产生基础水平的转录。②上游启动子元件(upstreampromoterelement)包括通常位于－70bp附近的CAAT盒和GC盒、以及距转录起始点更远的上游元件第19页/共31页2.增强子（Ehancer）

增强子的作用有以下特点：①增强子提高同一条DNA链上基因转录效率，可以远距离作用：通常可距离1－4kb、个别情况下离开所调控的基因30kb仍能发挥作用，而且在基因的上游或下游都能起作用。②增强子作用与其序列的正反方向无关：将增强子方向倒置依然能起作用。而将启动子倒就不能起作用，可见增强子与启动子是很不相同的。③增强子要有启动子才能发挥作用：没有启动子存在，增强子不能表现活性。增强子：一种能够提高转录效率的顺式调控元件。通常占100－200bp长度，也和启动子一样由若干组件构成，基本核心组件常为8－12bp，可以单拷贝或多拷贝串连形式存在。第20页/共31页3.沉寂子（silencer）如：UAS（upstreamacticitysequence）

CAATbox（－70～－80）GCBOX（－80～－110）

最早在酵母中发现，以后在T淋巴细胞的T抗原受体基因的转录和重排中证实沉寂子的作用的存在。负调控顺式元件可不受序列方向的影响距离发挥作用并可对异源基因的表达起作用作用特点：第21页/共31页(三).反式作用因子(transactingfactors)反式作用因子：与顺式作用元件结合，以反式作用影响转录的蛋白因子可统称为转录因子(transcriptionfactors,TF)。如：RNA聚合酶是一种反式作用于转录的蛋白因子。1.GTF（GenaralTranscriptionFactor）

通用转录因子2.TBP(TATAboxbindingprotein)

是唯一能识别TATA盒并与其结合的转录因子，是三种RNA聚合酶转录时都需要的；

不同基因由不同的上游启动子元件组成，能与不同的转录因子结合，这些转录因子通过与基础的转录复合体作用而影响转录的效率。现在已经发现有许多不同的转录因子，看到的现象是：同一DNA序列可被不同的蛋白因子所识别；能直接结合DNA序列的蛋白因子是少数，但不同的蛋白因子间可以相互作用，因而多数转录因子是通过蛋白质－蛋白质间作用与DNA序列联系并影响转录效率的第22页/共31页第五节细胞水平的诱导与阻遏调节机制一、构成酶与适应酶

根据酶的合成对环境影响的反应不同:1.构成酶/组成酶2.适应酶

诱导酶阻遏酶第23页/共31页二、酶合成的诱导机制---乳糖操纵子Z:-半乳糖苷酶Y:-半乳糖苷透过酶A:-半乳糖苷乙酰基转移酶调节基因启动子操纵基因lacZlacYlacAmRNA蛋白质阻遏蛋白(有活性)1.关闭(无乳糖)(一）阻遏蛋白的负调控第24页/共31页2.开放(有乳糖)调节基因启动子操纵基因lacZlacYlacAmRNAmRNA蛋白质阻遏蛋白(有活性)阻遏蛋白(无活性)乳糖分解乳糖第25页/共31页(二）CAP的正调控调节基因启动子操纵基因lacZlacYlacACAPcAMPCAP-cAMP复合物mRNA+第26页/共31页

当没有葡萄糖及cAMP浓度较高时，cAMP与CAP结合，这时CAP结合在lac启动序列附近的CAP位点，可刺激RNA